Rev. Phys. Appl. (Paris) 24, 401-410 (1989)
DOI: 10.1051/rphysap:01989002403040100

Measurements of temperature profiles in gases by laser beam deflection

Lin Zhang, Jean-Pierre Petit et Jean Taine

Laboratoire EM2C du CNRS et de l'ECP, Ecole Centrale des Arts et Manufactures, Grande Voie des Vignes, 92295 Châtenay-Malabry, France

Abstract
The determination of temperature profiles in gases is based on the light beam deflection due to the refractive index gradient induced by a temperature gradient at constant pressure. The geometry considered for the system is a cylinder of arbitrary section characterized by isothermal generative lines. A parameter estimation method and a parabolical trajectory method are considered to treat experimental data. The measurement technique is then applied to laminar natural convection flow along a vertical, isothermal surface in air. The determined temperature profiles agree with classical literature results within 2 %. This agreement qualifies our measurement method.

Résumé
La détermination des profils de température dans les gaz est liée à la déviation d'un faisceau lumineux due à un gradient de température à pression constante. La géométrie considérée est un cylindre de section arbitraire caractérisé par des génératrices isothermes. On a étudié une méthode d'estimation des paramètres et une méthode dite « de trajectoire parabolique » afin de traiter les résultats expérimentaux. La technique de mesure est ensuite appliquée à la convection naturelle laminaire le long d'une plaque verticale, isotherme dans l'air. Les profils de température déterminés coincident avec les résultats de la bibliographie avec une précision inférieure à 2 %. Cet accord valide la méthode de mesure.

PACS
4715 - Laminar flows.
4725Q - Convection and heat transfer.
5130 - Thermal properties of gases.

Key words
convection -- laminar flow -- refractive index -- thermodynamic properties -- gases -- laser beam deflection -- refractive index gradient -- isothermal generative lines -- parameter estimation method -- parabolical trajectory method -- laminar natural convection flow